1 引言

　　鋰電池的生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，主要生產(chǎn)工藝流程涵蓋前、中、后三個階段：前段工序的目的在于將原材料加工成為極片，經(jīng)過涂布、輥壓、分切、制片、模切等工序，其中核心工序為涂布;中段目的在于將極片加工成為未激活電芯，需要經(jīng)過卷繞或疊片、入殼焊接、注液和封口等工序，其中卷繞、疊片是中段的核心工序;后段目的在于激活電芯使之成為成品電池包通過PACK集成系統(tǒng)最終進入電池廠，包括清洗、干燥儲存、檢測、噴碼、化成分容等工序，最終通過自動化智能物流系統(tǒng)進入下游生產(chǎn)線。此次介紹的聚合物鋰電池全自動封裝一體機位于鋰電池生產(chǎn)中段工序，包括了入殼焊接、注液和封口等工藝。聚合物鋰電池全自動封裝一體機專用于在線生產(chǎn)微小型聚電芯， 主要用于聚合物軟包電芯封裝成型工藝。設(shè)計便于與前(卷繞機)后(烘烤爐)工序設(shè)備連機或成為獨立設(shè)備，采用伺服電機實現(xiàn)一鍵(One Touch)換型功能。

　　本設(shè)備配備功能包含鋁塑膜成型、卷芯壓整形芯、CCD檢測卷芯極耳間距、機器人投入卷芯至成型膜、電芯頂部密封、電芯側(cè)部及角位密封、內(nèi)阻測試、電芯預(yù)切邊、CCD檢測密封后電芯極耳膠高、電芯噴碼、電芯掃碼、電芯貼保護膜、機械手把良品電芯裝盤至電芯料盤。此外設(shè)備要求鋁膜卷料由人工上料、來料卷芯通過吸塑盤投入至設(shè)備、人工投入電芯空料盤至本設(shè)備、自動進行電芯裝料(完成品電芯)。

　　2 使用制品

　　使用制品包括：Jelly Roll卷芯、Polymer電池、成型膜(寬度50 -100mm)，以及電芯。

　　3 設(shè)備布局圖(見圖1)

　　圖 1 鋰電池封裝設(shè)備布局圖

　　4 聚合物鋰電池自動封裝一體機生產(chǎn)工藝流程(見圖2)

　　圖 2 鋰電池自動封裝一體機生產(chǎn)工藝流程圖

　　5 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)解決方案

　　由于當今的生產(chǎn)現(xiàn)場，被更高地要求提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品品質(zhì)，需要所使用的網(wǎng)絡(luò)能夠在確保實時性的同時，還能連接各種設(shè)備，既可以實施高速且安定的控制，也支持向IT系統(tǒng)發(fā)送大容量的數(shù)據(jù)，并可活用于AI以及預(yù)測性維護。CC-Link IE TSN，由于重新定義了通信方式，并大幅提升了通信性能，可同時實現(xiàn)通用以太網(wǎng)通信和控制通信的共存，并且在不影響控制通信的情況下，可與各種通用以太網(wǎng)設(shè)備進行連接。此外，由于可支持各種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，因此可輕松地構(gòu)建靈活的IIoT系統(tǒng)。

　　根據(jù)設(shè)備要求推薦客戶采用MES網(wǎng)絡(luò)、CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)以及CC-Link網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的e-F@actory系統(tǒng)。其中MES網(wǎng)絡(luò)作為信息層網(wǎng)絡(luò)，用于現(xiàn)場與上位之間的數(shù)據(jù)庫通信。CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)用于伺服控制通訊與遠程IO通訊，CC-Link網(wǎng)絡(luò)用于機器人、電缸等之間的通信。

　　6 系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　6.1 系統(tǒng)配置(見表1)

表 1 系統(tǒng)配置表

　　6.2 整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(見圖3)

　　圖 3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

　　7 CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢

　　TSN是以太網(wǎng)相關(guān)IEEE定義標準的補充， 可在標準以太網(wǎng)上實現(xiàn)準確的信息傳遞。通過利用時間同步方式(IEEE802.1AS)和時間分割方式(IEEE802.1Qbv)， 與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，可在同一網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)以往的以太網(wǎng)所不能實現(xiàn)的控制通信(確保實時性)和信息通信(非實時通信)的并存。

　　7.1 融合支持高速且大容量通信的協(xié)議和TSN技術(shù)

　　CC-Link IE TSN是一個由高速循環(huán)通信協(xié)議和TSN 技術(shù)組合而成的網(wǎng)絡(luò)。當今的生產(chǎn)現(xiàn)場，在進行大容量的信息數(shù)據(jù)傳送的同時，也需要高速且安定的控制通信。通過采用TSN技術(shù)，不會對設(shè)備運行所需的控制通信產(chǎn)生影響，可與TCP/IP通信同時使用。此外，通過實現(xiàn)高速且大容量通信的通信協(xié)議，可縮短節(jié)拍時間，提高生產(chǎn)力。

　　7.2 優(yōu)化混合有不同通信性能設(shè)備的系統(tǒng)的通信周期

　　可組合使用高速通信設(shè)備(高速高精度控制)和低速通信設(shè)備(狀態(tài)監(jiān)控)?？筛鶕?jù)需要調(diào)整各設(shè)備的通信周期，設(shè)置最適合于該設(shè)備功能的通信周期。例如：對于需要高速高精度控制的從站設(shè)備，使用高速周期進行通信; 對于狀態(tài)監(jiān)控等使用低速通信也能滿足需求的從站設(shè)備， 使用低速周期。

　　7.3 利用豐富的功能，構(gòu)建便捷的通信網(wǎng)絡(luò)

　　CC - Li nk I E TSN 支持使用G X Wo r ks 3以及基于SNMP的第三方監(jiān)視診斷工具，是一個可活用多種診斷功能的網(wǎng)絡(luò)。此外，可從主站模塊自動發(fā)送參數(shù)，從而簡化了從站設(shè)備的設(shè)置，大幅削減工時。

　　7.4 TSN技術(shù)與通信協(xié)議層

　　CC-Link IE TSN通過時間同步和時間分割技術(shù)，優(yōu)化了通信幀，在實現(xiàn)高性能高功能的控制通信的同時，也可與其他以太網(wǎng)通信并存。此外，其診斷功能中更是采用了以太網(wǎng)標準協(xié)議SNMP，更易于有效利用通用以太網(wǎng)設(shè)備以及診斷工具。

　　7.5 網(wǎng)絡(luò)整體的無縫通信

　　通過整合使用TCP/IP通信的IT數(shù)據(jù)和使用CC-Link IE TSN的控制數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)整體實現(xiàn)無縫通信。視覺傳感器的圖像數(shù)據(jù)之類大容量的IT數(shù)據(jù)傳送，不會對控制數(shù)據(jù)的傳送產(chǎn)生影響。同時，從多臺設(shè)備傳送連續(xù)的數(shù)據(jù)，使用人工智能(AI)，以及使用了邊緣計算的高級預(yù)測性維護等應(yīng)用也能并存。

　　7.6 融合OPC UA等與IT系統(tǒng)的通信，以及與支持多種協(xié)議的設(shè)備間的通信，實現(xiàn)工廠智能化

　　從上層的IT系統(tǒng)直至下層的傳感器，無需顧及網(wǎng)絡(luò)的層次差異，實現(xiàn)無縫的網(wǎng)絡(luò)通信。由于僅使用1個網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)各種系統(tǒng)構(gòu)建，可大幅削減設(shè)備和軟件成本。

　　利用上述CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)的特點，來滿足客戶技術(shù)要求。

　　8 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　8.1 Ethernet 網(wǎng)絡(luò)

　　Ethernet網(wǎng)絡(luò)是由三菱電機RD81 MES96 模塊構(gòu)成的MES網(wǎng)絡(luò)，與服務(wù)器相連?，F(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)等信息可自動上傳到服務(wù)器中，如生產(chǎn)數(shù)量、報警信息、產(chǎn)品條碼信息等，這樣公司管理人員就可實時了解現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)。除此之外，還可從服務(wù)器中下載相關(guān)生產(chǎn)產(chǎn)品的信息，與正在生產(chǎn)產(chǎn)品的狀態(tài)進行判斷比較，防止不良品產(chǎn)生，提升生產(chǎn)效率。

　　8.2 CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)(見圖4)

　　CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)主要用于伺服控制通訊與遠程IO通訊。

　　圖 4 CC-Link IE TSN 網(wǎng)絡(luò)

　　①TSN網(wǎng)絡(luò)

　　? 同一網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)控制通信 (確保實時性) 和信息通信(非實時通信) 的并存，使整個系統(tǒng)只需一種網(wǎng)絡(luò)，大量減少網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)連接等的工作量和采購的復(fù)雜程度;

　　? 采用5e 以太網(wǎng)電纜進行連接，降低成本和連接方便性;

　　? 通過網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)備的自動檢測以及對連接站的參數(shù)發(fā)送，輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建;

　　? 支持多種拓撲結(jié)構(gòu)支持線型、星型。

　　②伺服系統(tǒng)

　　? 無電池絕對位置編碼器的采用大大降低了設(shè)備電池更換的維護工作量也減少了由于電池失效造成的設(shè)備故障;

　　? 電機電源電纜/編碼器電纜/電磁制動器電纜合為一體，減少電纜數(shù)量，降低故障發(fā)生概率;

　　? 預(yù)測性維護功能可以事先檢測設(shè)備的振動以及摩擦，在設(shè)備故障前提示更換部件的維護動作，以避免故障停機時間并減少維護時間。

　　9 使用心得

　　CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)既可以實現(xiàn)控制通信也可實現(xiàn)信息通信，并且采取時間分割的方式，使得主站與伺服的通訊更加高速化，便于實現(xiàn)高精度的同步控制，并且可以與遠程IO及變頻器在同一網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建，節(jié)約了客戶成本， 簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜性。